强化聚乙烯(PE100)管道在船舶上的应用

万会发，张海波(浙江省海洋水产研究所，浙江 舟山 316021)

强化聚乙烯(PE100)管道在船舶上的应用

万会发，张海波
(浙江省海洋水产研究所，浙江 舟山 316021)

根据《船上使用塑料管道指南》《钢质海船入级与建造规范》等规范，通过对PE100管道的材料性能进行实验分析，针对PE100管道的应用范围、安装方法、设计应用进行举例，与传统的船用管材进行优劣对比，并有针对性的提出注意事项和改进措施。

强化聚乙烯材料；节能减排；船舶行业

上世纪40年代以来，随着石油深加工技术日趋完善，强化聚乙烯材料(PE100)迅速发展成一种新型工程材料，实践证明，强化聚乙烯管材在船上应用是可行的，比金属管材在船上应用有着许多显著优势。

1 材料及方法

1.1聚乙烯管材的性能指标

聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的-CH2-单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯( CH2=CH2 )的加成聚合而成的。

PE材料是由聚乙烯合成的高分子材料, 依据最小要求强度MRS(Minimum Required Strength)，按照国际上统一的标准划分为5个等级：PE32级、PE40级、PE63级、PE80级和PE100。PE100指的是MRS达到10 MPa的聚乙烯材料，本文论述的就是强度最高的PE100强化聚乙烯管材(以下简称PE100)，通过实验，测定PE100各项性能指标(见表1)。

表1 在实验状态下PE100管材各项技术性能指标

1.2船用聚乙烯管材应用范围

由于PE100管材具有如上诸多优越性能，可以满足IMO第A口753(18)决议——《船上使用塑料管道指南》《材料与焊接规范》《钢质海船入级与建造规范》非金属材料第二篇规定，《给水用聚乙烯(PE)管材》(ISO4427)等相关标准要求。国内外一些船舶制造企业已使用了各种规格的PE100管材应用于船舶管路的各个方面，为方便设计人员参考，现将这些规定综合列表(见表2)。

表2 PE100管材适用范围

1.3PE100管材在船上安装方法

1.3.1 安装余量确定

所有的固体都会热胀冷缩，PE100管材也是如此。一根PE100管材原始长度L,随着温度的变化(温差Δt)，管材会相应的膨胀或缩短(ΔL),这是我们安装中必须考虑的问题，由温差引起的纵向变形量可按下式计算：

ΔL=αLΔt，

式中：α为PE100管的线膨胀系数可取值0.20×10-4℃-1；L为管道纵向自由段的长度,m；Δt为管壁中心处施工安装与运行使用中的最大温度差,℃。

如大气温度取32 ℃，露天甲板当量温度58 ℃，PE100管材管长度L取100 m，代入公式得：

ΔL=αLΔt=0.20×10-4×100×103×(58-

32)=52 mm。

根据计算结果，所以安装过程中必须考虑52 mm的安装余量。

1.3.2 安装方法

PE100管道连接主要有2种方法：热熔连接和电熔连接。目前主管道主要采用热熔连接。热熔连接原理是将2根PE管道的配合面紧贴在加热工具上来加热其平整的端面直至熔融，移走加热工具后，将2个熔融的端面紧靠在一起，在压力的作用下保持到接头冷却，使之成为一个整体(如图1所示)。热熔连接施工准备工作如下：①管材固定，将与管材规格一致的卡瓦装入机架，准备足够的支撑物，保证待熔接管材可与机架中心线处于同一高度，并能方便移动；②端面刨平，将端面刨平，清理干净；③端面热熔，设定加热板温度200～230 ℃；④熔接冷却，等待熔接好的管材冷却。

图1 PE100管材应用现场

1.4PE100管材在船上应用的设计计算实例

依据《国内航行海船建造规范》(2012)和《船舶与海上设施法定检验技术规则》(2011)等规范，以浙江建造的82 000 t环保型散货船为例：该船主尺度，总长Loa, 229.00 m；垂线间长Lpp, 223.50 m；型宽B，32.26 m；型深D，20.20 m。

1.4.1 舱底水总管内径

206.91 mm。

则实船需采用舱底水总管标准内径为250 mm的PE100管道。

1.4.2 装货处所舱底水支管内径

109.31 mm,

式中：La为最长货舱长,29.04 m。

则实船需采用舱底水支管标准内径为125 mm的PE100管道。

1.4.3 压载水总管内径

式中：Q为压载泵流量,450 m3/h；V为压载泵流量,3 m/s。

则实船需采用压载水总管标准内径为125 mm的PE100管道。

经过实船验证，各个管路都能满足正常的的工作需要。

2 PE100管路的优劣比较

2.1强化聚乙烯管道的优势

PE100管材与传统的管材相比较，具有明显的优势。

1)较低的综合工程造价。PE100管材价格低于无缝钢管，与传统的无缝钢管相比安装生产率可提高10%，管道费用可减少15%，施工费用可节约30%。 PE100管道大大节省了安装劳动力费用和设备材料投资，降低了运行维护费用并延长了使用寿命，具有较低的工程造价。

2)较轻的重量，较长的使用寿命。PE100管道材料的密度仅为钢的1/8，设计使用寿命均为50年，与船舶的寿命相当，一般船舶的钢管，通常在船舶的平均使用寿命中，要更换2～3次，因此其投资总额实际上是原投资的2～3倍，若加上劳务费、停工损失费等，其总投资是原投资额度的5倍以上。

3)安装施工简单方便快捷。PE100管道采用热熔承插，热熔对焊，法兰连接等灵活多变的钢塑连接方式和电熔承插方式，操作简单，连接安全可靠，大大方便了船舶系统管道的安装。

4)缩短造船工期。PE100管道在搬运、切割和焊接时所需人工仅为钢管所需人工的几分之一，免去了钢管焊接打磨，镀锌等工序；新造船舶采用PE100管道，可当场加工拼接焊接一次完成，安装极其简单快捷，大大缩短了造船周期。旧船改造或修船也同样能缩短其工期，节约成本。

5)清洁环保，绿色无污染。PE100管道材质卫生无毒，用来输送饮用水，不结垢，不滋生细菌和霉菌，还能抵抗海洋微生物及藻类的腐蚀。

2.2发展滞后的原因

虽然PE100管道拥有众多的优势，但是由于我国聚乙烯工业起步较迟，虽经国家大力倡导发展，但到目前为止，PE100管材在船舶上的应用仍不够广泛，其原因是多方面的，归纳起来主要有以下几点。

1)PE100管道品种较少，配套不全，型号、规格及使用要求还没有完全适应复杂多变的船舶管路，可供选择范围有限。

2)设计施工部门对新材料存有疑虑，怕冒风险，宁用传统材料。

3)二次加工的工具和设备没能够及时跟上，给推广工作增加了难度。

4)缺乏稳定的专业施工队伍，缺乏专业培训，工人们往往沿用钢(铜)管的加工和施工工艺，造成加工和施工质量不高，降低了人们对PE100管道应用的信心。

5)PE100管材的使用在各船舶规范中还没有明确规定，没有得到各大船级社的承认，且其耐高温性能还需提高，对船舶消防要求比较高，这些都是目前急需解决的问题。

3 结束语

PE100管材在船舶上的应用，仍有大量问题需要解决，但是瑕不掩瑜， PE100管材作为一种新型材料，在船舶管路系统中拥有众多优势，所以在今后的船舶设计建造过程中，我们可以根据不同的要求尝试将其应用到相应的管路中。

According toTheuseofplasticpipingonboardguide，Steelshipsintotheclassificationandconstructionand other norms,an example is given for PE100 with its application range,installation method and design applications based on experimental analysis to the material properties of PE100 pipe.Compared with the traditional marine pipe,some improving measures and precautions are proposed accordingly.

reinforced polyethylene materials;energy saving and emission reduction;shipping industry

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.05.011

渔船高效节能型螺旋桨设计与示范(浙海渔计[2012]111号)

万会发(1985-)，男，山东泰安人，助理工程师，大专，研究方向为渔船节能减排。

2015-06-02